Robotik Künstliche Fingerspitze fühlt Lincolns Nase

Bislang ging Robotern das Feingefühl menschlicher Fingerspitzen ab. Ein neuer Sensor macht sie nun zartfühlend genug, um die Oberflächen von Geldmünzen zu ertasten. Wissenschaftler hoffen, dass Maschinen so bald auch Krebs oder Gallensteine erspüren können.


Sie sehen meist ebenso grob wie ungelenk aus, und besonders feinfühlig sind Roboter auch nicht. "Die räumliche Auflösung gegenwärtiger Flächen-Tastsensoren hinkt um mehr als eine Zehnerpotenz hinter dem menschlichen her", schreiben Vivek Maheshwari und Ravi F. Saraf, ein Ingenieur und ein Medizintechniker. Die beiden Forscher haben jetzt einen neuartigen Sensor entwickelt, der diesen Missstand beheben und als künstliche Fingerkuppe künftigen Roboterfingern Zartgefühl verleihen soll.

Doch wie lässt man einen kalten Metallgesellen tasten? Dazu haben die Wissenschaftler zwei Technologien kombiniert, die den Laien eher an eine Digitalkamera erinnern: Ein nur rund 100 Nanometer dünner Film dient als Tastfläche. In Kunststoff gebettet befinden sich hier dünnste Metall- und Isolatorschichten, zwischen denen keine Elektronen ausgetauscht werden, solange die Folie keinem Druck ausgesetzt wird. Erfährt sie aber physikalische Belastung, flitzen einige Elektronen durch die Grenzschicht - und erzeugen kleine Lichtblitze. Elektroluminiszenz wird das genannt.

Leuchtfolie mit Digitalkamera-Chip

Hinter der Folie haben Maheshwari und Saraf einen CCD-Chip (charge-coupled device) angebracht, wie er auch in digitalen Fotoapparaten zum Einsatz kommt: Er kann optische Signale zu Bildern zusammensetzen.

Da in der Anordnung die Leuchtkraft proportional mit dem Druck auf die Folie steigt, kann die Apparatur sogar die Oberflächen von Münzen abtasten und Einzelheiten der Reliefs erkennen - etwa die zackige Nase von US-Präsident Abraham Lincoln oder die Schmucklinien auf dem Rücken einer indischen Rupien-Münze.

Die Auflösung ist sogar fein genug, um die Buchstaben "ty" im Wort "Liberty" auf der US-Cent-Münze zu entziffern, schreiben die Forscher von der University of Nebraska und vom Virginia College of Osteopathic Medicine im Wissenschaftsmagazin "Science".

Präzise genug, um Reliefs zu ertasten

"Roboterhände mit einer Geschicklichkeit, die dem aktuellen Stand der Technik entspricht, scheitern an Aufgaben, für die ein Sechsjähriger nicht einmal nachdenken muss - etwa einen Schnürsenkel binden oder ein Kartenhaus bauen", schreibt Richard Crowder von der University of Southampton in einem Kommentar in "Science".

Während optische Sensoren weit verbreitet seien, verfügten die meisten Systeme in der Robotertechnik bislang nur über Tastsensoren, die bloß binär zwischen Berührung und Nicht-Berührung unterscheiden könnten. Mit der feineren Unterscheidung, die das neue System biete, könnten künftig Roboter auch ein Gefühl dafür bekommen, wenn ihnen etwas aus den Greifhänden zu rutschen beginne.

Sensoren, die taktile Informationen lieferten, seien besonders für den Einsatz in der Medizintechnik interessant. Maheshwari und Saraf nennen als Einsatz-Beispiele etwa Schlüsselloch-Operationen. Die Forscher trauen ihrer Erfindung auch zu, tastend Krebs von anderem Gewebe unterscheiden oder Gallensteine orten zu können.

stx



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